基于石墨烯的宽带全光空间调制器

提出了单层石墨烯包裹微纳光纤的全光空间调制.石墨烯作为可饱和吸收体包裹在通过二氧化碳激光器加热制备的微纳光纤上,当信号光沿着微纳光纤传输时部分光将以倏逝场的形式沿着微纳光纤表面传递,并与石墨烯产生作用被吸收.同时将波长为808 nm的抽运光从空间垂直入射到石墨烯包裹的微纳光纤处,依据石墨烯的优先吸收特性,通过抽运光控制石墨烯对信号光的吸收,实现了宽带全光空间调制.在1095 nm波长处获得最大调制深度约为6 dB,调制带宽约为50 nm,调制速率约为1.5 kHz.空间全光调制器具有输出信号光“干净”的特点.与传统石墨烯微纳光纤全光调制器相比,输出端不需要对抽运光进行光学滤波而直接获得已调信号.该复合波导全光空间调制器以更为灵活、高效的方式打开了微纳超快信号处理的大门.     

石墨烯覆盖微纳光纤复合波导全光优先吸收特性

利用二氧化碳激光器加热法,将普通单模光纤拉制成微纳光纤,用湿法转移石墨烯覆盖在微纳光纤上构成复合波导,不同波长的光通过耦合器进入复合波导,以倏逝波的形式与石墨烯相互作用,开展石墨烯优先吸收特性的研究。当短波作为泵浦光时,随着入射强度的增长,测得输出端长波信号光光谱的变化,获得了约3.5 dB的调制深度,0.62 dB·mW-1的调制效率。当长波作为泵浦光并改变入射光强时,在输出端测得作为信号光的短波透过率变化约1.9%。实验结果表明,随着任意波长泵浦光入射光强的增长,复合波导对其表现出优先吸收的特性。实验还测试了长波和短波分别经过复合波导后透过率随输入功率的变化,得出长波的透过率增加速度比短波更快,并从能带和倏逝波两方面作出了对应的理论分析。     

基于倏逝场耦合的石墨烯波导光传输相位特性仿真与实验研究

石墨烯材料应用到各种光波导器件中正成为新一代光子器件的重要发展方向之一,目前基于石墨烯的光纤和集成光子器件研究越来越受到国内外的重视. 本文建立了一种由微纳光纤耦合光倏逝场,并在石墨烯薄膜中传输的模型. 通过有限元分析法,研究了光在这种石墨烯波导中传输光场的强度分布和相位特性,并通过实验进行了验证. 结果表明,沿着微纳光纤-石墨烯光波导传播的倏逝场的强度分布和相位均受石墨烯材料作用,石墨烯材料能有效聚集和导行波导中传输的高阶模,在单位传输长度上具有更密集的等相位面. 本文提出了一种利用微纳光纤耦合光倏逝场研究石墨烯相位响应特性的新方法,对基于石墨烯波导的新型调制器、滤波器、激光器和传感器等光子器件的设计和应用具有一定的参考意义. 关键词： 石墨烯平面光波导 倏逝波 光场强度 相位     

基于飞秒激光抽运的石墨烯包裹微光纤波导结构的级联四波混频研究

基于石墨烯的光学非线性特性和器件研究正在成为新一代微纳光子器件的一个重要方向. 采用峰值功率为kW量级的飞秒脉冲抽运和P型掺杂石墨烯薄膜包裹的微光纤所构成的复合波导结构, 在1550 nm波段成功激发并观察到级联四波混频现象. 实验 结果表明, 这种P型掺杂石墨烯包裹的微光纤复合波导具有非线性系数高、结构紧凑, 可承受高功率和超快响应的特点, 对基于该结构的级联四波混频特性的研究在基于超快光学的多波长光源、光参量放大以及全光再生等领域具有参考价值和应用意义     

金属纳米线阵列全光调制

提出一种基于长程表面等离子体的介质-金属纳米线阵列-非线性介质复合全光调制器.考虑克尔效应对折射率变化的影响,采用时域有限差分法分析了金属纳米线直径、介质层厚度和泵浦光强度对反射谱的影响,通过合理配置金属纳米线和介质层的参数提高调制器的耦合性能,并在此基础上分析不同强度泵浦光的反射特性.结果表明:当金属纳米线直径为40nm,介质层厚度为1 800nm时,全光调制器的模式耦合能力达到最强.反射谱的反射率与泵浦光强度的变化呈线性关系,相关系数为0.998 1,且只需要0.5GW/cm~2功率的泵浦光就能使入射光的反射率从0.015提高到0.82,较好地实现光信号对光的全光调制.     

基于Franz-Keldysh效应的倏逝波锗硅电吸收调制器设计

本文设计了一种基于Franz-Keldysh (FK) 效应的GeSi电吸收调制器. 调制器集成了脊形硅单模波导. 光由脊形硅波导以倏逝波形式耦合进锗硅吸收层. 在硅基锗二极管FK效应实验测试的基础上, 有源区调制层锗硅中的硅组分设计为1.19%, 从而使得器件工作在C (1528–1560 nm) 波段. 模拟结果显示该调制器的3 dB带宽可达64 GHz, 消光比为8.8 dB, 而插损仅为2.7 dB. 关键词： 锗硅 调制器 电光集成     

基于全保偏光纤利用脉冲同步技术差频产生中红外皮秒激光

搭建了主-从结构的全光被动同步激光器,将主激光器输出脉冲功率放大后注入从激光器,利用注入脉冲在从激光器中的交叉相位调制效应,实现了1029.9 nm泵浦光与1585.5 nm信号光的脉冲同步。采用声光调制器进行选频并配合级联光纤放大,提高了泵浦光脉冲的峰值功率,并通过优化光纤链路长度有效控制了泵浦光光谱展宽。该双色同步脉冲在PPLN晶体中进行非线性差频处理,当重复频率为100 kHz时,获得了3 dB光谱带宽为0.77 nm、中心波长为2940 nm的线偏振皮秒脉冲,最大单脉冲能量为1.8μJ,泵浦光转化效率为49.6%。     

长周期光纤光栅和双锥形光纤间的倏逝波耦合作用

对长周期光纤光栅和双锥形光纤之间的倏逝波耦合作用进行了研究。理论分析和实验研究表明,由于锥形光纤和长周期光纤光栅物理边界外倏逝波之间的交叠,长周期光纤光栅产生的包层模,可以耦合到锥形光纤的包层模并从锥形光纤的纤芯输出。要获得高的耦合效率,应满足模式匹配的条件,同时要尽量减小两光纤之间的距离。耦合特性还与长周期光栅和双锥形光纤的相对位置有关,为获得高的耦合效率,耦合区应位于长周期光栅区的后面。这种倏逝波耦合作用,为监测实际应用系统中长周期光纤光栅的特性提供了一种新方法;为利用锥形光纤和长周期光纤光栅开发新型光纤器件,提供了一种可能的方案。     

基于偏置纳米线的石墨烯表面等离激元调制器

开发高性能的电光调制器对于构建片上光子回路非常重要.鉴于纳米线结构具备独特的电场横向束缚特点,设计一种基于纳米线的混合表面等离激元波导电光调制器,该调制器由偏置双硅纳米线、双石墨烯层以及置于双石墨烯层之间的银纳米线构成.利用二维时域有限差分算法计算分析结构参数对器件调制性能的影响.模拟结果表明,所设计的调制器在1550 nm的工作波长下可以实现较为出色的调制性能,其3 dB调制带宽高达250 GHz,调制深度和功耗分别高于0.15 dB/μm和低于11.5 fJ/bit,该调制器可为新一代高性能集成电光调制器的开发提供设计思路.     

自由空间泵浦玻璃微球的光学特性

现有的微球谐振腔大多利用微纳光纤锥的倏逝波场为微球提供泵浦能量,这是因为其具有较高的模式耦合效率,但在实际应用中这种耦合方法欠缺一定的灵活性,且需要配备精密的耦合装置。本文探究了使用未拉锥的截断光纤从不接触微球的自由空间直接向微球导入泵浦光的可行性。在典型的Nd~(3+)掺杂碲酸盐玻璃微球/光纤锥耦合系统的基础上,用一根连接泵浦光源的截断光纤从自由空间直接照射微球的中心或边缘部位,可测出微球/光纤锥耦合系统的激光输出功率相对于原耦合系统明显提升;在关闭连接光纤锥的泵浦源而仅使用自由空间泵浦源的条件下,仍可获得明显的单纵模激光现象。本文利用时域有限差分法和几何光束追迹法的仿真模型还原了上述自由空间耦合法的全过程。仿真与实验结果表明,这种自由空间耦合法有潜力成为常规光纤锥耦合法的一种辅助泵浦方法,为需要更高泵浦功率或更多泵浦波长选择的实验场合提供解决方案。     

光子晶体光纤中交叉相位调制光谱展宽特性研究

实验研究了超高速时分复用信号与探测光同向传输,在色散平坦高非线性光子晶体光纤中的交叉相位调制光谱展宽特性,从光谱学的角度分析了信号光波长漂移,泵浦光与信号光总功率及功率比,二者偏振态失配对交叉相位调制光谱展宽效应的影响,探讨了实现偏振不敏感交叉相位调制效应的可行性。研究发现,在36 nm波长范围,总功率大于23 dBm,泵浦光与信号光功率比合理,二者偏振态匹配时交叉相位调制效果最好,交叉相位调制的偏振相关性为11 dB,指出利用色散平坦高非线性光子晶体光纤中的残余双折射,调节泵浦光与光纤双折射主轴成45°,可以实现偏振不敏感交叉相位调制效应,随后的理论模拟和实验结果相一致。研究结果为实现基于交叉相位调制原理工作的超快全光信号处理器件作了充分准备。     

覆石墨烯微纳光纤双折射与电光调控特性

石墨烯具有特殊的二维柔性结构,可调控费米能级特性和优异的光学、电学性能。利用有限元法,对覆石墨烯微纳光纤光场调控进行理论分析,通过改变石墨烯与缓冲层结构覆微纳光纤的角度,破坏光纤的对称性结构,使光纤具有双折射特性,双折射度大小与石墨烯覆盖角度有关;通过外加电压的方法改变石墨烯的化学势,可对光纤进行开关调控,由此设计出一种包覆石墨烯的微纳光纤电吸收型调制器并进行性能分析。通过数值分析可发现当覆盖光纤角度为270°时,1550nm处双折射度可达1.23×10-3;电吸收调制器工作在1550nm时,器件长度为18μm,消光比为7dB,3dB带宽可达到927 MHz,插入损耗为0.58dB。     

倏逝波型光纤气体传感器研究进展

介绍了倏逝波的概念和反映倏逝波光纤气体传感特性的穿透深度参数Z_m。讨论了D形、锥形、纤芯裸露形、纤芯失配型和微结构光纤等不同倏逝波型气体传感的原理和特点,评述了其最新研究进展,对比分析了各传感器的优缺点。对倏逝波型光纤气体传感器的发展趋势进行了展望。     

微纳光纤及其锁模激光应用

微纳光纤是一种直径接近或小于传输光波长的纤维波导,由于纤芯和包层折射率差较大,具有强光场约束、强倏逝场、低损耗、反常波导色散、表面均匀性好和机械性能高等特性。近年来,以纳米材料作为饱和吸收体的被动锁模激光器成为超短脉冲激光技术方向的研究热点。得益于微纳光纤的强光场约束能力及大比例倏逝场,纳米材料与微纳光纤的复合结构能显著增强光与物质的相互作用,进而降低该复合结构的饱和吸收阈值,为超短脉冲产生和非线性动力学等研究提供一个新颖而灵活的平台。同时,微纳光纤因具有反常波导色散、光谱滤波、饱和吸收和偏振敏感等特性,在激光器的色散调控、偏振锁模等方面获得应用。介绍了微纳光纤的制备和特性以及在锁模激光方面的典型应用和相关技术的最新进展,并就未来的发展方向进行了展望。     

影响光纤参量振荡器全光时钟提取性能的因素分析

实验考察了输入光信号调制速率、泵浦功率、偏振态以及光纤参量振荡器（FOPO）环形腔内光纤长度、光偏振旋转等因素对FOPO提取的时钟信号相位抖动和幅度噪声的影响。实验表明,在光时钟信号相位抖动均方值（RMS）为0.025 UI的容限内,基于FOPO的全光时钟提取方案对这些变化因素的承受能力分别为:8.2 kHz的输入信号调制速率变化、5 dB的泵浦光功率变化、20泵浦信号方位角变化、2 mm的腔内光纤长度变化以及14的腔内信号方位角变化。这为进一步提高基于FOPO全光时钟提取性能提供了重要实验依据。     

基于双缝隙结构的电光调制器设计与工艺实现

受铜线带宽小、延时大、功耗高的限制,下一代芯片互连较为可行的一种解决方式是采用光互连.调制器作为其中的关键器件,有重要的研究意义.设计了一种新型的硅基双缝隙波导电光调制器,该调制器结构采用法布里-珀罗微谐振器,依靠缝隙内高非线性聚合物的快速电光效应,通过外加电压达到调制效果.调制器结构包含了新型的一般微纳波导到双缝隙波...     

基于氧化石墨烯的长周期光纤光栅的全光控制

实验验证了一种通过将氧化石墨烯分散液沉积在长周期光纤光栅的全光控制的相关研究。通过外加的垂直泵浦光的作用,氧化石墨烯吸收泵浦光产生热量,改变长周期光纤光栅的包层模式的相位差,由于热膨胀的作用改变了氧化石墨烯所覆盖部分的光栅周期,使得谐振谱发生了移动,其最大调制深度可达10.6 dB,谐振谱最大可红移12.8 nm。通过实验发现,沉积相同浓度氧化石墨烯分散液的次数影响实验结果,通过在相同光栅的相同位置分别沉积三次,发现沉积三次可以在光纤表面获得更加均匀的氧化石墨烯膜,进行了时间响应的测试,其中沉积三次后的长周期光纤光栅的响应速度可达0.61 ms,沉积多次氧化石墨烯分散液可以在光纤表面沉积得更加平整均匀,从而获得更大的导热性能。     

基于石墨烯表面等离激元的双支节结构光电调制器

构建了一种含双支节结构的石墨烯/介质/石墨烯亚波长波导结构。该结构将支节结构的选频特性和石墨烯的电可调特性相结合,能够实现在可见光到中红外范围内对入射光光强的动态调制。表面等离激元将光能量局限在纳米尺度的介质狭缝中,使调制器突破衍射极限,并且增强了石墨烯与光的相互作用。利用有限元法分析了石墨烯的化学势、支节长度以及介质材料对波导结构输出光强的影响。仿真结果表明:当入射波长为1550nm、支节长度为315nm、化学势由0.80eV下降到0.78eV时,消光比可达到6.77dB。与传统调制器相比,所提光电调制器能够在保证高消光比的同时具有较高的调制效率,并且体积小、结构简单紧凑,可满足大规模集成应用的要求。     

微米级锥形光纤的近场光镊

分别从理论和实验上分析了光纤表面倏逝场强度的分布(z=10 nm, 100 nm, 500 nm,1 000 nm),研究了微米级光纤光镊对微球的操纵。实验中把直径为125 m的普通单模光纤拉制成锥腰直径为2 m的锥形光纤。当光纤通光时,在光纤锥区倏逝场的作用下,直径3 m的聚苯乙烯微球保持平衡状态,并且光纤附近的微球被吸引到光纤表面,以5.3 m /s的速度沿着光束的传播方向运动。这个实验不仅实现了对微球的成功捕获,而且验证了光纤光镊的力学作用。光纤光镊对微球的无接触、无损伤操纵,将在生物传感领域有潜在的应用。     

基于和频与差频级联的全光单光子波长变换

基于周期极化铌酸锂波导,提出了一种采用和频产生与差频产生级联的全光单光子波长变换方案.在海森堡绘景下,通过非线性变换过程的哈密顿量求解了目标单光子信号的湮灭算子,进而根据变换前后的光子数算符之比得到了单光子波长变换的效率.分析了和频产生过程以及差频产生过程中单光子的转换效率与泵浦功率之间的关系,证明了存在最佳泵浦功率使得量子态能够完全转移.数值分析结果表明,当上变换(和频产生)泵浦光功率为65 mW、下变换(差频产生)泵浦光功率为150 mW时,由1550 nm到1530 nm的单光子波长变换可达到61％的转换效率.给出了级联单光子波长变换的实验装置,包括周期极化铌酸锂波导、泵浦激光、准单光子信号源、滤波等光学元器件、单光子探测器和同步线路.